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磁致伸縮位移傳感器與精密注塑
日期：2025-10-28 07:14
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摘要：
磁致伸縮位移傳感器與精密注塑
O前言
O前言
精密注塑成型是用控制精密注塑機螺桿的運動來間接控制模腔送料的速度和壓力，以確保成品的質(zhì)量。產(chǎn)品質(zhì)量不僅體現(xiàn)在外形尺寸上，同樣對制品的密度、應(yīng)力，以及表面都有相應(yīng)的要求。對于精密注塑機來說，位移控制無疑是*為重要的一部分，它直接影響塑料制品的質(zhì)量，而由其表征的速度也關(guān)系著制品的內(nèi)在品質(zhì)和生產(chǎn)效率。比如在射膠時，用于控制射膠螺桿的位移來控制熔融物料的用量，以保證精密注塑計量準(zhǔn)確；準(zhǔn)確控制開鎖模是精密注塑的必要條件，若位置不夠準(zhǔn)確，則可能產(chǎn)生不完全合模，不能完成注塑。此外，為了得到密度均勻，應(yīng)力小的塑料制品，必須嚴(yán)格控制速度來滿足注塑工藝要求。如必須在熔融狀態(tài)將物料快速充滿整個模腔，如果此時射膠速度變慢，充模時間長，制品容易產(chǎn)生冷接縫，密度不均，應(yīng)力大等缺陷。但是，若是射膠速度過快，熔融物料容易在澆注口處形成不規(guī)則的流動，并造成空氣吸入和排氣**等現(xiàn)象而直接影響制品的表面質(zhì)量。因此，有效控制注射位置及其表征的速度對于精密注塑來說是非常重要的。
然而，對于傳統(tǒng)的注塑機來說，位移傳感器往往采用電子尺，其原理與電位器相似，其結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，故廣泛用于注塑機上。但屯子尺的參考電壓將直接影響信號精度，在注塑加工現(xiàn)場，會有復(fù)雜的電磁和電壓波動干擾，對測量精度影響甚大；另一方面，對于大型注塑機，須配備的電子尺必定很長，有的長達2500 mm，甚至更長。對于精密注塑機來說，位移控制精度要達到0. 01 -0.1 mm，這里以1000 mm的尺子為例，對應(yīng)電壓值為0.5 mV，這樣就提高了AD采樣分辨率的要求，增加了PCB布線的難度，同時對電源也提出了更高的要求。此外，傳統(tǒng)注塑機的位置尺還存在穩(wěn)定性差、重復(fù)性差、易磨損、安裝復(fù)雜等問題。因此，將非接觸式的磁致伸縮式位移傳感器應(yīng)用于注塑機，可以實現(xiàn)大尺度范圍內(nèi)的精密測量，同時該傳感器還配備有CAN，SSI等數(shù)字接口，采用數(shù)字傳輸，*大程度上減少了精度在傳輸過程中的損失。
1磁致伸縮位移傳感器測量原理
磁致伸縮技術(shù)原理它利用2個不同的磁場相交產(chǎn)生一個應(yīng)變脈沖信號，然后，計算這個信號被探測所需收稿日期：2010-01-14+基金項目：國家科技支撐計劃資助項目(2007BAF1303)；中國博士后基金資助項目(20090451451)第9期王智強，等：磁致伸縮位移傳感器在精密注塑機上的應(yīng)用139要的時間周期，換算出準(zhǔn)確的**位置。這2個磁場一個來自傳感器外面的活動磁鐵，另一個來自傳感器頭部固有的電子部件產(chǎn)生的電流脈沖。注塑機當(dāng)2個磁場相遇時，所產(chǎn)生的一個應(yīng)變脈沖會以聲波的固定速度返回電子部件的感測線圈，通過測量電流脈沖從產(chǎn)生到感測到返回的應(yīng)變脈沖所需的時間，再乘以聲波的速度，便能準(zhǔn)確地計算出位置磁鐵的變動。利用此法所得的是**位置讀數(shù)，免除了放大器環(huán)節(jié)，因而不存在信號漂移或變值的情況，而且不需要定期重新標(biāo)定。同時，非接觸式的測量消除了機械磨損的問題，保證了*佳的重復(fù)性和持久性。此外，該傳感器非常適合在內(nèi)置高壓的液壓或氣動環(huán)境中使用，具有很強的抗震性能，且測量誤差*大為50 lim，整體線性度不超過10 p_m，且采用數(shù)字接口傳輸，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_性能。不僅如此，該傳感器兼具測量速度的功能，為注塑過程的速度控制提供了方便，并節(jié)省CPU的處理時間。
2 累統(tǒng)總體框架與硬件設(shè)計
2.1 系統(tǒng)總體框架
注塑機控制系統(tǒng)采用ARM +DSP雙核控制，ARM負責(zé)人機交互，DSP負責(zé)底層實際控制。位移傳感器具有模擬電壓信號，SSI和CAN等數(shù)字接口，本系統(tǒng)采用CAN接口，使DSP與多路位移傳感器構(gòu)成CAN總線網(wǎng)絡(luò)，通過編程可以實現(xiàn)對相應(yīng)的位移進行定時采樣，設(shè)置零點等，為注塑機精密控制提供了足夠的采樣精度。
位移傳感器將注塑過程中的位置、速度信號，如，開模位置、開模速度、射膠位置、射膠速度等轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過CAN接口送入DSP控制器。DSP將位置信號通過串口發(fā)送給上位機進行實時顯示，同時，根據(jù)傳感器輸出的位移和速度數(shù)據(jù)，控制DA輸出和相應(yīng)的開關(guān)輸出，進而改變液壓閥，從而達到位移和速度控制的目的。
2.2傳感器與控制器接口設(shè)計
CAN總線是一種多主串行通信協(xié)議，具有很強的干擾能力，可以應(yīng)用在電磁干擾比較大的場合，非常適合工業(yè)現(xiàn)場。它具有**別的**性，可以有效地支持分布式實時控制，通信速率*高可達lMbps。CAN協(xié)議內(nèi)核CPK的功能主要有2個：根據(jù)CAN協(xié)議對總線上的接收到的信息進行解碼，向接收緩沖器發(fā)送解碼后的消息，以及根據(jù)CAN協(xié)議對CPU需要發(fā)送的消息進行編碼并通過發(fā)送緩沖發(fā)送出去。而消息控制器則是對接收緩沖器里的消息進行判定，以決定是否把消息送給CPU還是直接丟棄。CAN2．O總線規(guī)范走義了2種不同的數(shù)據(jù)格式，具有11位標(biāo)識符的標(biāo)準(zhǔn)幀和29位標(biāo)識符的擴展幀。
2.3 CAN接口通信協(xié)議
NMT指的是DSP作為CAN網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器端，對傳感器等二手注塑機客戶端進行控制的服務(wù)指令。所有基于CAN協(xié)議的客戶端都必須支持NMT服務(wù)，一個CAN網(wǎng)絡(luò)只能有一個NMT服務(wù)器，它可以對CAN網(wǎng)絡(luò)的任意節(jié)點進行啟動、停止、復(fù)位，或?qū)φ麄€網(wǎng)絡(luò)進行復(fù)位。除此之外，它還可以采用定期或者心跳功能對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的狀態(tài)進行監(jiān)督，以保證各節(jié)點工作正常。其指令格式為COB-ID-CS-NodeID，依次代表的含義是，11位網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符，具體服務(wù)（如，啟動節(jié)點，進入預(yù)工作狀態(tài)），節(jié)點號（傳感器節(jié)點號，O表示對所有節(jié)點進行操作）。例如：復(fù)位所有傳感器，指令則為Ox000 -OxOI-Ox0。
3基于傳感器的采樣程序設(shè)計
傳感器共有3種工作狀態(tài)：初始狀態(tài)、預(yù)操作態(tài)、工作狀態(tài)。傳感器上電進入初始狀態(tài)，從內(nèi)置的EEPROM中讀取其配置參數(shù)以進入一個可知的狀態(tài)。當(dāng)所有參數(shù)均已完成初始化，則進入預(yù)操作狀態(tài)，此時可以修改SDO參數(shù)，或者發(fā)送NMT啟動命令，使傳感器進入工作狀態(tài)。當(dāng)傳感器進入工作狀態(tài)就會向DSP定時發(fā)送數(shù)據(jù)，或者在收到DSP的遠程同步幀后發(fā)送數(shù)據(jù)。由于注塑機的位置信號非常重要，其實時性也必須保證。因此，在程序設(shè)計時，必須實時取得當(dāng)前的準(zhǔn)確的位置信號，從而做出正確的判斷。注塑機各機構(gòu)中，只有開鎖模的移動速度*大，現(xiàn)今*快可達1 m/s，因此，為了配合CPU的速度和信號的實時性，采樣時間選擇為l ms，可以將傳感器配置為異步方式，每l ms向DSP傳送PDO的數(shù)據(jù)，DSP采用中斷的方式，實時她接收當(dāng)前的位置與速度信息，并用于注塑機的過程控制，同時將位置信息傳送給上位機實時顯示。
4實驗結(jié)果
應(yīng)用新型的傳感器與傳統(tǒng)電子尺在注塑機上進行位移測量，對一個固定的位置以l ms的速度進行采樣500次。這里僅以500 mm的電子尺進行實驗，可以看出：傳統(tǒng)的傳感器由于傳感器本身和電路設(shè)計，電源噪聲，放大器偏移，AD采樣精度損失等諸多因素，使得*終測量結(jié)果不很理想，誤差*大可達0.7 mm，若是尺子長度增加，誤差也會成倍增長。而基于磁致伸縮原理的傳感器因其省去了放大器，AD采樣等精度損失環(huán)節(jié)，同時傳感器自身具有很強的抗干擾能力，而且，采用CAN總線傳輸，減少了信號在轉(zhuǎn)換傳輸時的精度損失。從結(jié)果可以看出其采樣*大誤差僅為1個刻度，即5¨m，具有很高的穩(wěn)定性和**度。
5結(jié)束語（磁致伸縮位移傳感器與精密注塑）
從實驗結(jié)果看出：磁致伸縮位移傳感器具有較高的精度和穩(wěn)定性，注塑機價格適舍用于精密注塑控制系統(tǒng)，且該傳感器有CAN總線數(shù)字接口，不但節(jié)省了許多信號處理環(huán)節(jié)，節(jié)省了許多硬伴與軟件的消耗，同時也避免了由這些環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的誤差干擾，為精密注塑控制提供了良好的硬件平臺，為今后的算法設(shè)計提供了更多的基礎(chǔ)。（磁致伸縮位移傳感器與精密注塑）